基于fpga的串口通信

基于FPGA的串口通信设计

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指导教师：

电子与控制工程学院

一、串行通信系统

1.1概述

在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。UART Universal AsynchronousReceiver Transmitter

控制系统中广泛使用的一种全双工串行数

UART的全部功能。只需将其核心功能集成即可。波特率发生器、接收器和发送器是UART

利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。串行外设用到RS232-C UART实现。如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART

如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。本文应用EDA FPGA/CPLD器件设计与实现UART。

通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方

不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)

1.2串行通信简介

计算机与计算机，计算机与外部设备进行数据交换也称为通信，一般有两种方式并行通信和串行通信。信息的各位数据被同时传送的通信方法是并行通信并行通信依靠I/O接口来实现。并行通信中数据有多少位就需要多少条信号传输线。这种通信方式快，但由于传输线较多，所以成本较高，仅适合近距离通信通常传送距离小于30米。当距离大于30米时则多采用串行通信方式串行通信是指

外部设备和计算机间使用一根数据线另外需要地线可能还需要控制线进行数据传输的方式。数据在一根数据线上一位一位进行传输每一位数据都占据一个固定的时间长度。

与并行通信方式相比有以下优点：

1、传输距离长

2

信时钟频率比并行通信更容易提高。

3

4、通信成本低。

5

因此串行通信得到广泛的应用。

目前的串行通信常用UART实现数据的串/并转换或并/串转换。 UART（通用异步收发器）是一种串行通信协议，主要用于短距离，低速率，低成本的数据的计算机和外设之间的交流。是电脑硬件的一部分，具体实物表现为一块并行输入成为串行输出的模块化芯片。8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件。

UART主要功能实现通信中的数据串并转换，且能奇偶检验。将计算机内部传送过来的并行数据转换为串行数据流加入奇偶校验位后输出。或者将计算机外部来的串行数据奇偶校验后转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用。它的异步模式使芯片适应性强，对时钟精度要求低(成本低)。

随着FPGA的广泛应用，经常需要FPGA与其他数字系统进行串行通信，专用的UART集成电路如8250,8251等是比较复杂的，因为专用的UART集成电路既要考虑异步的收发功能，又要兼容RS232接口设计，在实际应用中，往往只需要用到UART的基本功能，使用专用芯片会造成资源浪费和成本提高。如果设计上用到FPGA /CPLD器件，可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部，实现FPGA 与其他数字系统的直接通信，从而简化了整个系统电路，提高了可靠性、稳定性和灵活性。

二、 UART理论基础

2.1 接口技术简介

接口是CPU 与外界的连接部件，是CPU 与外界交换信息的中转站。

一个接口的基本功能是在系统总线和I/O 设备之间传输信号，提供缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。如图1，

图1 接口功能

主要的计算机接口技术有两种：并行接口和串行接口。

串行通信是把要传输数据中的各个二进制码置于同一条传输线上，从低位到高位、逐位地、顺序地进行传送。所用传输线少，一个方向只需一条传输线，成本低。

串行通信分为两种类型：同步通信和异步通信。

串行异步是计算机通信最常用的数据信息传输方式，接收和发送双方不使用共同的参考时钟，以字符为单位进行传输，字符之间的传输间隔任意，而每个字符的前后都要用一些位数来作为分隔位。

2.2 UART 基本结构

UART 主要由UART 内核、信号检测器、移位寄存器、波特率发生器和计数器组成，如图2所示。 CPU 接口电

路I/O 设备

图2 UART 功能模块

从异步接收输入信号RXD 接收到的异步信号通过接收器完成串行／并行的转换，形成异步数据帧；发送器将CPU 发出的8位数据进行并行／串行转换，从TXD 发送出去。

2.3 UART 数据帧格式

基本的UART 通信只需要两条信号线（RXD,TXD ）就可以完成数据的相互通信，接收与发送是全双工形式，其中TXD 是UART 发送端，RXD 是UART 接收端。UART 基本特点是：在信号线上有两种状态，可分别用逻辑1（高电平）和逻辑0（低电平）来区分。在发送器空闲时，数据线应保持在逻辑高电平状态。发送器是通过发送起始比特而开始一个字符传送，起始比特使数据线处于逻辑0状态，提示接收器数据传输即将开始。数据位一般为8位一个字节的数（也有6位7位的情况），低位（LSB ）在前，高位（MSB ）在后。校验位一般用来判断接收的数据位有无错误，一般是奇偶校验。停止位在最后，用以标志UART 一个字符传送的结束，它对应于逻辑1状态，UART 数据帧格式如图3所示。

图3 UART 数据帧格式

一帧异步通信传输经历的步骤为：

无传输：发送器处于空闲状态，数据线保持“1”状态。 UART 内核后续数据处理模块信号检测器

移位寄存器计数器波特率发生器数据发

送缓冲

器控制信号握手信号接收数据

发送数据

控制信号

控制信号控制信号控

制

信

号发送数据指示信号波特率时钟接收数据接收数据接收数据

发送数据

RXD

TXD 起始位0 DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 奇偶位 停止位1

一个字符单位数据位

空号1空号1

起始传输：发送器发出一个“0”表示传输字符开始。而同时，接收方收到空号后，开始与发送方同步，并期望收到随后的数据。

数据传输：传输8位数据D0-D7。低位到高位传输。

奇偶传输：在使用中，校验位常常取消。

停止传输：一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平“1”。

三、开发平台

1、软件平台

软件设计工具采用Quartus II。Quartus II是Altera公司推出的CPLD/FPGA 集成化开发软件，可以完成设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、硬件配置完整的PLD设计流程。QuartusⅡ提供了多种设计输入方式、快速的编译和直接易懂的器件编程。具有友好的用户界面，快速的综合速度和更优化的综合和适配功能。Quartus II自带宏功能模块库，大大减轻了用户的工作量，加快设计速度。Quartus II 内置仿真器可以在工程中仿真任何设计。可进行功能仿真、时序仿真来检验设计的逻辑功能和计算设计的内部定时是否符合设计。仿真器可以仿真整个设计，或仿真设计的任何部分。支持可编程系统（SOPC）和大规模FPGA设计开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

该软件支持Altera公司的Stratix Ⅱ、Stratix GX、Stratix、MAX3000A、MAX 7000B、MAX 7000AE、MAX Ⅱ、FLEX6000、FLEX10K系列、Cyclone、Cyclone Ⅱ、APEX Ⅱ、APEX20K和ACEX1K系列。

2、硬件平台

FPGA设计方法有“自顶向下”和“自下而上”，一般FPGA设计常选择前者。

所谓“自顶向下”的设计方法，就是把系统分成若干个基本单元，然后再把每个基本单元划分为下一层次的基本单元，一直这样做下去，直到可以直接使用EDA元件库为止。具体步骤为：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分，用硬件描述语言，将设计产品的功能描述出来，将设计输入编译成标准文件；利用综合器对源代码进行综合优化处理得到EDA工业标准文件；把设计好的逻辑安放

基于FPGA串口通信的电路和程序设计

中北大学 毕业设计中期总结 学生姓名：袁财源学号：1206044145 学院：仪器科学与技术 专业：电子科学与技术 设计题目：基于FPGA串口通信的 电路和程序设计 指导教师: 郭涛 2015 年1月5日

毕业设计中期总结

1.开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果（方案、图纸、代码等支撑，任务书要求与已完成工作对照表） 1.设计方案 RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。使用RS232串口通信接口模块的目的是用于电平转换。由于FPGA输出的TTL电平与串口发送的电平不一致，因此，采用电平转换器MAX232。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器，以便在单5V 电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平，来实现RS232信号和单片机串口信号之间的电平转换。其工作电压3.0-5.5V，可将TTL电平转换成RS-232标准电平。从而实现了FPGA 与上位机之间的串口通信。 FPGA上位机 MAX232 电路主要框图 2.相关知识

MAX232芯片结构 第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v 和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。 RS232 (DB9)引脚定义 1 ：DCD :载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。 2 ：RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD 指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。 3 ：TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD 指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。 4 ：DTR:数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。 5 ：GND:信号地；此位不做过多解释。 6 ：DSR:数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。 7 ：RTS:请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。 8 ：CTS: 清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。 9 ：RI : Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。

串口通信实验报告全版.doc

实验三双机通信实验 一、实验目的 UART 串行通信接口技术应用 二、实验实现的功能 用两片核心板之间实现串行通信，将按键信息互发到对方数码管显示。 三、系统硬件设计 （１）单片机的最小系统部分 （２）电源部分 （３）人机界面部分

数码管部分按键部分 （４）串口通信部分 四、系统软件设计 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void send(); uchar code0[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//0-9的数码管显示 sbit H1=P3^6; sbit H2=P3^7;

sbit L1=P0^5; sbit L2=P0^6; sbit L3=P0^7; uint m=0,i=0,j; uchar temp,prt; /***y延时函数***/ void delay(uint k) { uint i,j; //定义局部变量ij for(i=0;i

{ m=1; //KEY1键按下 return(m); } if(H2==0) { m=4; //KEY4键按下 return(m); } } } if(L2==0) { delay(5); if (L2==0) { L2=0;H1=1;H2=1; if(H1==0) { m=2; //KEY2键按下 return(m); } if(H2==0) { m=5; //KEY5键按下 return(m); } } } if(L3==0) { delay(5); if (L3==0) { L3=0;H1=1;H2=1; if(H1==0) { m=3; //KEY3键按下

光纤通信技术习题及答案12

光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;

B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

光纤通信技术论文

光纤通信技术 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。 光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤通信具有以下特点：(1)通信容量大、传输距离远。 (2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳。 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。 (6)无辐射,难于窃听, (7)光缆适应性强,寿命长。 (8)质地脆，机械强度差。 (9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。 (10)分路、耦合不灵活。 (11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm） (12)有供电困难问题。 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 光纤光缆技术 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。 光复用技术 复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。光复用技术种类很多，其中最为重要的是波分复用(WDM)技术和光时分复用(OTDM)技术。光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。波分复用当前的商业水平是273个或更多的波长，研究水平是1022个波长(能传输368亿路电话)，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长(包括光的偏振模色散复用，OPDM)。而光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用相同，只不过电时分复用是在电域中完成，而光时分复用是在光域中进行，即将高速的光支路数据流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流。

基于FPGA的通用异步收发器设计(串口通信)

FPGA串行通用异步收发器设计 实验目的：1、掌握QuartusII6.0等EDA工具软件的基本使用； 2、熟悉VHDL硬件描述语言编程及其调试方法； 3、学习用FPGA实现接口电路设计。 实验内容： 本实验目标是利用FPGA逻辑资源，编程设计实现一个串行通用异步收发器。实验环境为EDA实验箱。电路设计采用VHDL硬件描述语言编程实现，开发软件为QuartusII6.0。 1、UART简介 UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter通用异步收发器）是一种应用广泛的短距离串行传输接口。常常用于短距离、低速、低成本的通讯中。8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件。 基本的UART通信只需要两条信号线（RXD、TXD）就可以完成数据的相互通信，接收与发送是全双工形式。TXD是UART发送端，为输出；RXD是UART接收端，为输入。 UART的基本特点是： （1）在信号线上共有两种状态，可分别用逻辑1（高电平）和逻辑0（低电平）来区分。在发送器空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。 （2）起始位（Start Bit）：发送器是通过发送起始位而开始一个字符传送，起始位使数据线处于逻辑0状态，提示接受器数据传输即将开始。 （3）数据位（Data Bits）：起始位之后就是传送数据位。数据位一般为8位一个字节的数据（也有6位、7位的情况），低位（LSB）在前，高位（MSB）在后。 （4）校验位（parity Bit）：可以认为是一个特殊的数据位。校验位一般用来判断接收的数据位有无错误，一般是奇偶校验。在使用中，该位常常取消。 （5）停止位：停止位在最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于逻辑1状态。 （6）位时间：即每个位的时间宽度。起始位、数据位、校验位的位宽度是一致的，停止位有0.5位、1位、1.5位格式，一般为1位。 （7）帧：从起始位开始到停止位结束的时间间隔称之为一帧。 （8）波特率：UART的传送速率，用于说明数据传送的快慢。在串行通信中，数据是按位进行传送的，因此传送速率用每秒钟传送数据位的数目来表示，称之为波特率。如波特率9600=9600bps（位/秒）。 FPGA UART系统组成：如下图所示，FPGA UART由三个子模块组成：波特率发生器；接收模块；发送模块； 2、模块设计：

基于fpga的串口通信

基于FPGA的串口通信设计 学号： 姓名： 班级： 指导教师： 电子与控制工程学院

一、串行通信系统 1.1概述 在计算机系统和微机网络的快速发展领域里串行通信在数据通信及控制系统中得到广泛的应用。UART 即Universal AsynchronousReceiver Transmitter 通用异步收发器 协议是数据通信及控制系统中广泛使用的一种全双工串行数据传输协议 在实际工业生产中有时并不使用UART的全部功能。只需将其核心功能集成即可。波特率发生器、接收器和发送器是UART的三个核心功能模块 利用Verilog-HDL语言对这三个功能模块进行描述并加以整合UART是广泛使用的串行数据传输协议。UART允许在串行链路上进行全双工的通信。串行外设用到RS232-C异步串行接口 一般采用专用的集成电路即UART实现。如8250、8251、NS16450等芯片都是常见的UART器件 这类芯片已经相当复杂有的含有许多辅助的模块 如FIFO有时我们不需要使用完整UART的功能和这些辅助功能。或者设计上用到了FPGA/CPLD器件那么我们就可以将所需要的UART功能集成到FPGA内部。使用VHDL或Veriolog -HDL将UART的核心功能集成从而使整个设计更加紧凑、稳定且可靠。本文应用EDA技术 基于FPGA/CPLD器件设计与实现UART。 通信指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法使用何种媒质 将信息从某方准确安全传送到另方。通信在不同的环境下有不同的解释在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递是指由一地向另一地进行信息的传输与交换其目的是传输消息。然而通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。在各种各样的通信方式中利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication) 这种通信具有迅速、准确、可靠等特点且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制 因而得到了飞速发展和广泛应用。 1.2串行通信简介 计算机与计算机，计算机与外部设备进行数据交换也称为通信，一般有两种方式并行通信和串行通信。信息的各位数据被同时传送的通信方法是并行通信并行通信依靠I/O接口来实现。并行通信中数据有多少位就需要多少条信号传输线。这种通信方式快，但由于传输线较多，所以成本较高，仅适合近距离通信通常传送距离小于30米。当距离大于30米时则多采用串行通信方式串行通信是指外部设备和计算机间使用一根数据线另外需要地线可能还需要控制线进行数据

UART串口通信实验报告

实验四 UART 串口通信 学院：研究生院 学号：1400030034 姓名：张秋明 一、 实验目的及要求 设计一个UART 串口通信协议，实现“串 <-->并”转换功能的电路，也就是 “通用异步收发器”。 二、 实验原理 UART 是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实 现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART 用来主机与辅助设备通信，如汽 车音响与外接AP 之间的通信，与PC 机通信包括与监控调试器和其它器件，如 EEPROM 通信。 UART 作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一 位接一位地传输。 其中各位的意义如下： 起始位：先发出一个逻辑” 0的信号，表示传输字符的开始。 资料位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是 4、5、6、7、8等，构成 一个字符。通常采用ASCII 码。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“ 1的位数应为偶数（偶校验）或奇数 （奇校验），以此来校验资料传送的正确性。 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是 1位、1.5位、2位的高电 平。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能 在通信中两台设备间出现了小小的不同步。 因此停止位不仅仅是表示传输的结束， 并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步 的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 空闲位：处于逻辑“ 1状态，表示当前线路上没有资料传送。 波特率：是衡量资料传送速率的指标。表示每秒钟传送的符号数（symbol ）。 一个符号代表的信息量（比特数）与符号的阶数有关。例如资料传送速率为 120 字符/秒，传输使用256阶符号，每个符号代表8bit ，则波特率就是120baud,比 特率是120*8=960bit/s 。这两者的概念很容易搞错。 三、 实现程序 library ieee; use ieee.std 」o gic_1164.all; end uart; architecture behav of uart is en tity uart is port(clk : in std_logic; rst_n: in std 」o gic --系统时钟 --复位信号 rs232_rx: in std 」o gic rs232_tx: out std 」o gic --RS232接收数据信号； --RS232发送数据信号;）; use ieee.std_logic_ un sig ned.all;

光纤通信 作业及答案

《光纤通信》作业 2—1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为：，，试计算： ⑴光纤层与包层的相对折射率差△为多少 ⑵光纤的数值孔径NA为多少 ⑶在1m长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差为多少 解： ⑴ 纤芯和包层的相对折射率差 ⑵ ⑶ 2—10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差，，当波长分别为μm、μm、μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少 解： 单模传输条件为： → 当时， 当时， 当时， 3—1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为和，频率为f，相应能级上的粒子密度各为和。试计算：

⑴当，时， ⑵当，时， ⑶当，若。环境温度(按玻尔兹曼分布规律计算) 解： ⑴ 其中，，，， 代入数据，得 ⑵ ， 其中，，，， ， 代入数据，得 ⑶ →→ 其中，，，， ， 代入数据，得 3—10 一个半导体激光器发射波长为μm，谐振腔具有“箱式”结构，腔长，宽，厚，介质的折射率。假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足

m，s，q是整数，为1，2，3，…，它们分别表示各个方向上的模数，求： ⑴谐振腔允许的纵模模数； ⑵设，，计算纵模的波长间隔。 解： ⑴ 已知 则纵模模数 其中，，，，为定值 当q取得最大值时，m、s均取最小值1 此时，计算得 ∴，且q为整数 谐振腔允许的纵模模数为910 ⑵ 由第⑴问，得当，时， 当时，；当时， 4—11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素 答： 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：

①能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。 ②能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。 ③能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。

光纤通信技术论文

光纤通信技术论文 论光纤通信技术的特点和发展趋势 摘要：光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到十分重要的作用。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势。 关键词：光纤通信技术特点发展趋势接入技术 引言 近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。同时，随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的语音业务接入网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。 1.光纤通信技术定义 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信力式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤

通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的中绕非常小，光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听，光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。 2.光纤通信技术的特点 2.1 频带极宽，通信容量大。 光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。 2.2 损耗低，中继距离长。 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤；此类光纤损耗可低于0.20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其他介质构成的系统长得多。如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。 2.3 抗电磁干扰能力强。

《光纤通信》第5章作业答案

第5章光放大器 一、填空题 1．损耗和色散是影响光纤通信最大中继距离的两个重要因素，为保证长途光纤信号传输质量的可靠性，必须要在线路的适当位置设立中继站，传统的中继器采用的是形式的中继器。 答案：光电混合 2．研究最早而推广最慢的光放大器为，目前已投入市场的光放大器是。答案：半导体光放大器，EDFA 3．常见的非线性效应光放大器有和两种。 答案：受激拉曼光放大器，受激布里渊光放大器 4．常选EDFA泵浦激光的波长为nm和nm。 答案：980，1480 5．EDFA的输入信噪声比与输出信噪比叫。 答案：噪声系数。 6．掺铒光纤激光器的结构包括三部分，分别为：、和。答案：增益介质，光学谐振腔，泵浦源。 7．光纤激光器的工作条件是增益介质。 答案：粒子数反转。 8．成对出现的光栅是光栅，把光栅烧入掺杂光纤中的光栅是光栅。 答案：分布布拉格，分布反馈。 9光纤激光器用在和未来的系统中。 答案：DWDM，相干光通信 二、选择题 1．EDFA属于再生器。（）A．1R B．2R C．3R D．光电混合 答案：A 2．光载波为1550nm，光放大器的泵浦激光波长为，才是共振泵浦。（）A．980nm B．1480nm C．1310nm C．1400nm 答案：B 3．如何使SOA实现粒子数反转？（）A．光泵浦B．反向偏置电压C．正向偏置电压D．不加电压 答案：C 4．当强泵浦激光注入时，可利用在中发生的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频来制成波长变换器。（）A．SBA B．EDFA C．EPFA D．SOA 答案：D 5．提高DBR光纤光栅激光器的吸收效率，可用下列哪种方法？（）A．Er-Yb共掺杂光纤B．采用主振荡器—功率放大器一体化 C．有源反馈技术D．采用共振泵浦 答案：A 6．EDFA的工作波长正好落在（）范围。（）A．0.8~1.0μm B．1.5~1.53μm C．1.53~1.56μm D．1.56~1.58μm 答案：C

光纤通信论文

浅谈光纤光缆技术的未来前景 学院电子信息学院 年级大三 专业电信 日期2017.6 姓名张辂 学号1428403044

摘要 (1) 一、有源光纤 (2) （一）色散补偿光纤(Dispersion Compesation Fiber，DCF) (2) （二）光纤光栅(Fiber Grating) (2) （三）多芯单模光纤(Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF) (3) 二、光有源器件的进展 (3) （一）集成器件 (3) （二）垂直腔面发射激光器(VCSEL) (3) （三）窄带响应可调谐集成光子探测器 (3) （四）基于硅基的异质材料的多量子阱器件与集成(SiGe/Si MQW) (3) 三、光无源器件 (4) 四、光复用技术 (4) 五、光放大技术 (4) 参考文献 (6)

当今世界，是信息的世界。“得信息者得天下”，已经成为世界各国的共识。作为个人，在这个“互联网+”的大数据时代中，为了生计也不得不获取各种各样的信息。在这样的背景下，信息高速公路建设已成为世界性热潮。而光纤通信技术作为信息高速公路的核心和支柱，自然而然的被推到了时代的前线，成为各国大力发展的重要目标。 光纤通信是一个巨大的系统工程。它的各个组成部分互为依存、互相推动，共同向前发展。就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分：光纤光缆技术、传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 本文将着重就光纤光缆技术极其相关的光有源器件和光无源器件做一定的介绍，共同探讨光纤光缆技术的未来前景。 关键词：光纤、通信、前景。 Abstract Today’s world is an informational world.“The one who wins the information wins the whole world”has becomes a common view worldwide. As for the individual,living in the Age of“Internet+”and Big Data, we have to gain various sorts of information in order to make a living.In this context,the information highway construction has become a worldwide craze.As the core of the information highway and the pillar of the optical fiber communication technology has become a top priority. Optical fiber communication industry is a huge systematic project. Its components are interdependent and mutually promote,together forward. On optical fiber communications technology themselves,it should include the following major components:fiber optical cable technology,transmission technology,optical active devices,optical passive devices and optical network technology. This paper will focus on the optical fiber cable technology and the related optical active devices and optical passive devices,and discuss the future of the optical fiber cable technology together. Keywords:optical fiber,communication,prospect.

串口通信FPGA实现

FPGA设计与应用 串口通信实验报告 班级：1105103 姓名：苏林效 学号：1110510321 日期：2014年10月29日

实验性质：验证性实验类型：必做 开课单位：电信院学时：2学时 一、实验目的 1、了解串口通信的基本原理； 2、掌握锁相环的基本原理和使用方法； 3、掌握起始位和停止位的含义及实现方法； 4、掌握VHDL状态机的基本使用方法； 5、掌握基本的接口设计和调试技巧； 二、实验准备 2.1 串口通信原理（1分） 串口通信是以字节为单位，按位传输数据和接收数据的。 先看一下发送数据：串行线缆的两端事先约定好串行传输的参数（传输速度、传输格式等），之后进行传输，①当没有数据传输的时候，发送端向数据线上发送“1”；②当要传输数据时，发送端先发送一个“0”来表示要传输数据了，这样当接收端检测到“0”便可以知道有数据到来了；③开始传输后，数据以约定的速度和格式传输；④每次传输完成一个字节之后，都在其后发送一个停止位“1”。这样，发送数据就结束了。 再来看接收数据，初始状态是等待状态，接收的一直是“1”，当检测到0时进入检验状态，在检验状态下如果再检测到0（一般采用过采样）则进入接收数据状态，当接收完8位比特数后判断是否有停止位，如果有则此字节接收结束，重新进入等待状态准备接受下一字节。 2.2 锁相环的基本原理（1分） 锁相环是以锁定输入载波信号的相位为目标的一种载波环实现形式。它由三部分组成：鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。如上图。 锁相环的工作原理：压控振荡器的输出经过采集并分频，后与基准信号同时

输入鉴相器。鉴相器通过比较上述两个信号的相位差，输出结果通过环路滤波器，滤除噪声和高频分量，然后输出一个直流脉冲电压，用它来控制VCO ，使它的频率改变，使()lim 0c p t θ=。经过较短时间后，VCO 的输出稳定于某一值。环路一旦进入锁定状态后，压控振荡器的输出信号与环路的输入信号（参考信号）相位时刻保持一致。 三、代码及测试 3.1程序及分析（2分） 顶层原理图如上所示，主要包括三个模块，锁相环（输出57.69MHz ）、分频（输出接受时的10倍采样速率和数码管显示速率）、接受（按57.6kbps 接受从串口发来的数据）。 分频模块代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DIV IS PORT(CLK : IN STD_LOGIC; --锁相环输出时钟57.69M COUT1 : OUT STD_LOGIC; --分频器输出采样时钟576k COUT2 : OUT STD_LOGIC);

FPGA串口通信汇总

FPGA实验报告 目录 FPGA实验报告 (1) 目录 (1)

基于VHDL的串口通信实现设计 (3) 摘要 (3) 正文 (3) 1.研究背景知识 (3) 1.1串口简介 (3) 1.2串口通信参数 (3) 2.系统整体设计 (5) 2.1 系统框图 (5) 2.2原理图 (5) 2.3管脚介绍： (6) 3. 系统模块设计 (6) 3.1分频模块 (6) 3.11流程图 (6) 3.12程序 (7) 3.2接收模块 (8) 3.21流程图 (8) 3.22程序 (9) 3.3发送模块 (10) 3.31流程图 (10) 3.32程序 (11) 4. 系统调试 (12) 4.1 时序调试 (12) 4.2硬件调试 (13) 5.总结 (14)

基于VHDL的串口通信实现设计 摘要 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议,其特点是通信线路简单，成本低，特别适用于远距离通信，因此有较为广泛的应用。为了深入了解串口，本课程设计基于VHDL语言，利用FPGA开发板实现了板间串口通信。在程序设计中，考虑到串口波特率、数据格式等参数，共采用了四个模块：分频模块（即波特率产生模块），接受模块，发送模块，显示模块。通过软件和开发板调试，实现了板和串口调试助手收发数据，软件改变波特率等参数，并在数码管显示的功能。 关键词：串口VHDL FPGA 分频接收发送显示 正文 1.研究背景知识 1.1串口简介 串行接口Serial Interface是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。 1.2串口通信参数 双方为了可以进行通信，必须要遵守一定的通信规则，这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化有以下几项必须设置： 1.数据的传输速率 传输双方通过传输线的电压改变来交换数据，但传输线的电压改变的速度必须和接收端的接收速度保持一致，RS-232通常用于异步传输，即双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。由于没有一个参考时钟，双方所发送的高低电位

串行通信实验报告材料

串行通信实验报告 班级姓名学号日期 一、实验目的： 1、掌握单片机串行口工作方式的程序设计，及简易三线式通讯的方法。 2、了解实现串行通讯的硬环境、数据格式的协议、数据交换的协议。 3、学习串口通讯的程序编写方法。 二、实验要求 1.单机自发自收实验：实现自发自收。编写相应程序，通过发光二极管观察收发状态。 2．利用单片机串行口，实现两个实验台之间的串行通讯。其中一个实验台作为发送方，另一侧为接收方。 三、实验说明 通讯双方的RXD、TXD信号本应经过电平转换后再行交叉连接，本实验中为减少连线可将电平转换电路略去，而将双方的RXD、TXD直接交叉连接。也可以将本机的TXD接到RXD上。 连线方法：在第一个实验中将一台实验箱的RXD和TXD相连，用P1.0连接发光二极管。波特率定为600，SMOD=0。 在第二个实验中，将两台实验箱的RXD和TXD交叉相连。编写收发程序，一台实验箱作为发送方，另一台作为接收方，编写程序，从内部数据存储器20H~3FH单元中共32个数据，采用方式1串行发送出去，波特率设为600。通过运行程序观察存储单元内数值的变化。 四、程序 甲方发送程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP COM_INT ORG 1000H MAIN: MOV SP,#53H MOV 78H,#20H

MOV 77H,00H MOV 76H,20H MOV 75H,40H ACALL TRANS HERE: SJMP HERE TRANS: MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#80H SETB TR1 MOV SCON,#40H MOV IE,#00H CLR F0 MOV SBUF,78H WAIT1: JNB TI,WAIT1 CLR TI MOV SBUF,77H WAIT2: JNB TI,WAIT2 CLR TI MOV SBUF,76H WAIT3: JNB TI,WAIT3 CLR TI

《光纤通信》第3章作业答案

第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器

光纤通信技术特点分析论文

光纤通信技术特点分析论文 论文关键词:光纤通信技术,特点,应用 论文摘要:光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及应用。 1.光纤通信技术 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。 光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。 2.光纤通信技术的特点 (1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。 (2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。 (3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不

FPGA与单片机实现数据RS232串口通信的设计

FPGA与单片机实现数据RS232串口通信 的设计 发布时间：2010-9-2 发布人：21世纪电子网 摘要：本文针对由FPGA构成的高速数据采集系统数据处理能力弱的问题，提出FPGA与单片机实现数据串行通信的解决方案。在通信过程中完全遵守RS232协议，具有较强的通用性和推广价值。 1 前言 现场可编程逻辑器件（FPGA）在高速采集系统中的应用越来越广，由于FPGA对采集到的数据的处理能力比较差，故需要将其采集到的数据送到其他CPU系统来实现数据的处理功能，这就使FPGA系统与其他CPU系统之间的数据通信提到日程上，得到人们的急切关注。本文介绍利用VHDL语言实现 FPGA与单片机的串口异步通信电路。 整个设计采用模块化的设计思想，可分为四个模块：FPGA数据发送模块，FPGA 波特率发生控制模块，FPGA总体接口模块以及单片机数据接收模块。本文着重对FPGA数据发送模块实现进行说明。 2 FPGA数据发送模块的设计 根据RS232 异步串行通信来的帧格式，在FPGA发送模块中采用的每一帧格式为：1位开始位 8位数据位 1位奇校验位 1位停止位，波特率为2400。本系统设计的是将一个16位的数据封装成高位帧和低位帧两个帧进行发送，先发送低位帧，再发送高位帧，在传输数据时，加上文件头和数据长度，文件头用555555来表示，只有单片机收到555555时，才将下面传输的数据长度和数据位进行接收，并进行奇校验位的检验，正确就对收到的数据进行存储处理功能，数据长度可以根据需要任意改变。由设置的波特率可以算出分频系数，具体算法为分频系数X=CLK/(BOUND*2)。可由此式算出所需的任意波特率。下面是实现上述功能的VHDL源程序。 Library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity atel2_bin is port( txclk: in std_logic; --2400Hz的波特率时钟 reset: in std_logic; --复位信号 din: in std_logic_vector(15 downto 0); --发送的数据 start: in std_logic; --允许传输信号 sout: out std_logic --串行输出端口 ); end atel2_bin; architecture behav of atel2_bin is signal thr,len: std_logic_vector(15 downto 0); signal txcnt_r: std_logic_vector(2 downto 0); signal sout1: std_logic;